TCP 头部结构信息

tcp头部信息出现在每个tcp报文段中，用于指定通信的源端端口，目的端口，管理tcp连接等。tcp头部结构如下图所示:
在这里插入图片描述

tcp头部结构

1、16位端口号：告知主机该报文段来自哪里（源端口）以及传给哪个上层协议或应用程序（目的端口）的。进行tcp通信时，客户端通常使用系统自动选择的临时端口号，而服务器则使用知名服务端口号。

2、32位序号： 一次tcp通信过程中某一个传输方向上的字节流的每个字节的编号。假设主机A和主机B进行tcp通信，A发送给B的第一个tcp报文段中，序号值被系统初始化为某个随机值ISN。那么在该传输方向上（从A到B），后续的tcp报文段中序号值将被系统设置成ISN加上该报文段所携带数据的第一个在整个字节流中的偏移。例如，某个tcp报文段传送的数据时字节流中的第1025~2048字节，那么该报文段的序号值就是ISN+1025。另一个传输方向（从B到A）的tcp报文段的序号值也具有相同的含义。

3、32位确认号：用作对另一方发送来的tcp报文段的相应。其值是收到的tcp报文段的序号值加1。假设主机A和主机B进行tcp通信，那么A发送出的tcp报文段不仅携带自己的序号，而且包含对B发送来的tcp报文段的确认号。反之，B发送出的tcp报文段也同时携带自己的序号和对A发送来的报文的确认号。

4、4位头部长度：标识该tcp头部有多少个32bit字（4字节）因为4位最大能表示15，所以tcp头部最长是60字节。

5、6位标志位（即图中的保留6位）： 标志位有如下几项

URG标志，表示紧急指针是否有效
ACK标志，表示确认号是否有效。称携带ACK标志的tcp报文段位确认报文段
PSH标志，提示接收端应用程序应该立即从tcp接受缓冲区中读走数据，为接受后续数据腾出空间（如果应用程序不将接收的数据读走，它们就会一直停留在tcp缓冲区中）
RST标志，表示要求对方重新建立连接。携带RST标志的tcp报文段为复位报文段。
SYN标志，表示请求建立一个连接。携带SYN标志的tcp报文段为同步报文段。
FIN标志，表示通知对方本端要关闭连接了。携带FIN标志的tcp报文段为结束报文段。

6、16位窗口大小：是tcp流量控制的一个手段。这里说的窗口，指的是接收通告窗口。它告诉对方本端的tcp接收缓冲区还能容纳多少字节的数据，这样对方就可以控制发送数据的速度。

7、16位校验和：由发送端填充，接收端对tcp报文段执行CRC算法以校验tcp报文段在传输过程中是否损坏。注意，这个校验不仅包括tcp头部，也包括数据部分。这也是tcp可靠传输的一个重要保障。

8、16位紧急指针：是一个正的偏移量。它和序号字段的值相加表示最后一个紧急数据的下一个字节的序号。因此，确切的说，这个字段是紧急指针相对当前序列号的偏移，称为紧急偏移。tcp的紧急指针是发送端向接收端发送紧急数据的方法。

9、16位选项：
TCP头部的最后一个选项字段是可变长的可选信息。这部分最多包含40字节，因为TCP头部最长是60字节（其中还包含前面讨论的20字节的固定部分）。典型的TCP头部选项结构如图3-4所示。
选项的第一个字段kind说明选项的类型。有的TCP选项没有后面两个字段，仅包含1字节的kind字段。第二个字段length（如果有的话）指定该选项的总长度，该长度包括kind字段和length字段占据的2字节。第三个字段info（如果有的话）是选项的具体信息。常见的TCP选项有7种，如图3-5所示。
kind=0是选项表结束选项。
kind=1是空操作（nop）选项，没有特殊含义，一般用于将TCP选项的总长度填充为4字节的整数倍。
kind=2是最大报文段长度选项。TCP连接初始化时，通信双方使用该选项来协商最大报文段长度（Max Segment Size，MSS）。TCP模块通常将MSS设置为（MTU-40）字节（减掉的这40字节包括20字节的TCP头部和20字节的IP头部）。这样携带TCP报文段的IP数据报的长度就不会超过MTU（假设TCP头部和IP头部都不包含选项字段，并且这也是一般情况），从而避免本机发生IP分片。对以太网而言，MSS值是1460（1500-40）字节。
kind=3是窗口扩大因子选项。TCP连接初始化时，通信双方使用该选项来协商接收通告窗口的扩大因子。在TCP的头部中，接收通告窗口大小是用16位表示的，故最大为65?535字节，但实际上TCP模块允许的接收通告窗口大小远不止这个数（为了提高TCP通信的吞吐量）。窗口扩大因子解决了这个问题。假设TCP头部中的接收通告窗口大小是N，窗口扩大因子（移位数）是M，那么TCP报文段的实际接收通告窗口大小是N乘2M，或者说N左移M位。注意，M的取值范围是0～14。我们可以通过修改/proc/sys/net/ipv4/tcp_window_scaling内核变量来启用或关闭窗口扩大因子选项。
和MSS选项一样，窗口扩大因子选项只能出现在同步报文段中，否则将被忽略。但同步报文段本身不执行窗口扩大操作，即同步报文段头部的接收通告窗口大小就是该TCP报文段的实际接收通告窗口大小。当连接建立好之后，每个数据传输方向的窗口扩大因子就固定不变了。关于窗口扩大因子选项的细节，可参考标准文档RFC 1323。
kind=4是选择性确认（Selective Acknowledgment，SACK）选项。TCP通信时，如果某个TCP报文段丢失，则TCP模块会重传最后被确认的TCP报文段后续的所有报文段，这样原先已经正确传输的TCP报文段也可能重复发送，从而降低了TCP性能。SACK技术正是为改善这种情况而产生的，它使TCP模块只重新发送丢失的TCP报文段，不用发送所有未被确认的TCP报文段。选择性确认选项用在连接初始化时，表示是否支持SACK技术。我们可以通过修改/proc/sys/net/ipv4/tcp_sack内核变量来启用或关闭选择性确认选项。
kind=5是SACK实际工作的选项。该选项的参数告诉发送方本端已经收到并缓存的不连续的数据块，从而让发送端可以据此检查并重发丢失的数据块。每个块边沿（edge of block）参数包含一个4字节的序号。其中块左边沿表示不连续块的第一个数据的序号，而块右边沿则表示不连续块的最后一个数据的序号的下一个序号。这样一对参数（块左边沿和块右边沿）之间的数据是没有收到的。因为一个块信息占用8字节，所以TCP头部选项中实际上最多可以包含4个这样的不连续数据块（考虑选项类型和长度占用的2字节）。
kind=8是时间戳选项。该选项提供了较为准确的计算通信双方之间的回路时间（Round Trip Time，RTT）的方法，从而为TCP流量控制提供重要信息。我们可以通过修改/proc/sys/net/ipv4/tcp_timestamps内核变量来启用或关闭时间戳选项。
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